x射線產生機制

1、物理教研室,X 射線（X Ray）,第十章（教材第16章）,學習要求：,掌握：1．X射線的衰減規(guī)律； 2．X射線的醫(yī)學應用原理；理解：1．X射線的特點及產生的微觀機制； 2． 描述X射線強弱的基本物理量的意義；了解：1．X射線產生的條件； 2．X射線在醫(yī)學上的應用。,,,,難點,重點,倫琴（Wilhelm Conrad Rontger），德國科學家。1895，發(fā)現了

2、x-rays...,,X射線的發(fā)現,人類破天荒第一次無損傷看到人體內部的解剖結構??！,倫琴夫人手骨X 線照片 (1895年12月22日),1901年諾貝爾物理學獎,第一節(jié) X 射線的產生及基本性質The Produce and basic Character of X rays,,,,,電子源,高速運動的電子受障礙物阻止，由于它們相互作用產生X射線。,X 射線的產生示意圖,軔致輻射（碰撞法）：用高速電子流轟擊陽極靶而獲得。,一

3、 連續(xù)X射線的產生,（一）連續(xù)X射線譜,1. X 射線的產生的條件,1）高速運動的電子流 ；,2）適當的障礙物 — 靶 ( target ),,,1）X 射線管2）低壓電源 3）高壓電源4）整流電路,2. X射線的產生裝置,( 高度真空的玻璃管),( 燈絲、電子射線，5 – 10 伏),( 加速電場，萬伏),(將交流電變成直流電),管電壓,管電流,靶,,,截止頻率：,電子在行進中急劇減速而發(fā)出X射線,3. X射線的本質,如果只有

4、一部分動能變?yōu)楣庾拥哪芰浚?X射線的本質：波長極短，能量極高的電磁波。波長范圍大致為0.001-10nm，頻率范圍大致為3×1016Hz-3×1020Hz,,（二）標識X射線（輻射法）,1. X線譜,(X線譜示意圖),連續(xù)X線譜(背景）特征X線譜(線狀）,,在醫(yī)學應用中主要使用連續(xù)X線,而在利用光譜研究物質結構中使用特征X線.,X線譜的組成：,2. 標識X射線原理,鉬靶,（三）X 射線的強度和硬度,1. X射線的

5、強度 （Intensity of X Rays ）,單位時間內通過與射線方向垂直的單位面積的輻射能量（W.m-2）。,管電流↑ 光子數N ↑ 強度I ↑管電壓↑ 光子頻率υ↑ 強度I ↑,管電壓一定時，常用管電流的毫安數（mA）表示X射線強度，如50 mA ，100 mA等。,2. X 射線的硬度（Hardness of X Rays ）,X射線的貫穿本領。,醫(yī)學上常用管電壓的千伏數（KV）來表示X射線的硬

6、度 (如50KV,100KV等) .,管電壓↑ 電子速度v↑ 光子頻率↑ 貫穿本領↑,指X射線的貫穿本領，決定于h?，與N無關,3. X射線的分類（根據硬度）.,二. X 射線的基本性質,1. 貫穿本領( penetrability ) ；2. 熒光( fluorescence) 作用 ；3. 光化學( photochemistry) 作用；,4. 生物效應( biologic effect)；5. 電離( ionizati

7、on) 作用；,（Radiography of X-ray）,,,,第二節(jié) X射線的成像,一、介質對 X 射線的衰減規(guī)律,(The attenuation of X-ray with matter),,介質,X 射線,,,吸收,1. 物理模型分析：,,X射線經物質后減弱的原因：吸收和散射,2. 單色X射線的衰減規(guī)律（The attenuation’s laws of single wave length X-ray）,衰減規(guī)律,,衰

8、減dI,I 衰減為一半時對應的物質厚度為半價層,3. 衰減系數? (attenuation coefficient ),?↑，?↑，衰減量↑，透過量↓。,Z↑，?↑，衰減量↑，透過量↓。,λ↑，?↑，衰減量↑，透過量↓。,K：大致是一個常數；?：吸收物質密度；?：通常3~4；對水、空氣、人體組織，3.5。,線性衰減系數,質量衰減系數：,Z愈大， ?m就大,?短，?m小，貫穿本領強。,質量衰減系數：,質量厚度：,,,,4. 人體組

9、織器官按照衰減系數的大小分為三類.,THINkING,成像的物理基礎：,根本原因在于差異??！,人體不同組織之間衰減系數和厚度的差別是產生影像對比的基礎，是X線成像的基本條件。,一定,5. X射線影像形成的主要條件,1、X射線應具有一定的穿透力,2、被穿透的組織必須存在衰減系數和厚度的差異,3、顯像,二. X 射線成像?。≧adiography of X-ray）,,,,,X 線 膠 片,熒 光 屏,透射X線,1. 普通 X 射線成像,

10、普通 X 射線透視,普通 X 射線攝影（ X光片）,,存貯保管難! 取片查詢難!后期處理難! 遠程傳輸難!,普通 X 射線成像的缺點,2. 數字化 X 射線成像,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,數字化 X 射線成像優(yōu)點,存儲,顯示/打印,遠程傳輸,圖像處理,,,,,,血管阻塞,第三節(jié). X 射線造影及減影,（The Angiography and DSA of X-ray）,1. 造影 (Angiography),將

11、造影劑注入人體內某腔室或管道，人為增加其與周圍組織的差異，從而顯示其形態(tài)。,血管阻塞 — 動脈血管造影,,,冠狀動脈造影,2. 減影 ( Subtraction ),A,B,A–B,造影前圖像,造影劑充盈圖像,減影后的圖像,,,,用X射線兩次照射人體,存儲信號2 － 存儲信號1,= 清晰的血管圖像,數字減影血管造影（DSA， Digital Subtraction Angiography ）,本底,3. DSA的基本方法時間減

12、影：,血管內造影劑濃度時間分布,時間減影技術,將不同時間拍攝的統一部位的影像相減，來判斷病灶。,4. 血管造影介入治療系統,廣泛應用于神經外科、心臟內科、腫瘤、腹部臟器官、骨科、泌尿科、婦科的介入治療。,,,美中不足： 血管的深度信息沒有得到體現。信息不夠全面。 存在所謂的遮擋效應。,,,,加數交換次序其和不變！,,X-ray computer tomography,,,如何獲得斷層圖像？,第四節(jié). X-CT 的基本原理,(

13、The basic principle of X-ray computer　 tomography),,,,,,,,,,,,,(1974),Hounsfield和Cormack共同獲得了1979年的諾貝爾生理和醫(yī)學獎。,computer,一次掃描需4～5分鐘 30～120秒 2.5秒 1秒 1/100 秒一次掃描斷層數1—2—4—8—16—32—64

14、………,更 快 速,(1974),(2006),更 清 晰,二維圖像,更 直 觀,三維圖像,多個腰椎橫突骨折,,GE公司的寶石（500排）CT肺重建圖像,普通X射線治療機主要用于治療皮膚腫瘤,,第五節(jié). X 射線用于治療,X射線刀 主要用于各器官、組織腫瘤的放射治療,第六節(jié) 防 護,X射線對生物組織有破壞作用，過量照射會引起白血病、角化病及毛發(fā)脫落。,常用的防護物品有：鉛板、含鉛玻璃、含鉛膠皮裙和手套以及混凝土

15、等。,產生、性質,衰減規(guī)律,X射線成像,X射線,普通X射線成像及其數字化,造影、減影,X—CT,,,Summary,Preparation,教材第十七章 原子核與放射性,homework,教材第283頁：16-5，16-6 ，16-8，16-9，16-10,練習,（1 ）標識X射線的波長決定于（ ）A、管電流的強弱 B、管電壓的高低C、陽極靶的材料 D、陽極靶的面積（ 2）連續(xù)X射線的最短

16、波長與什么因素有關（ ） A、與管電流有關 B、與散熱裝置有關 C、與管電壓有關 D、與靶材料有關,練 習,（3）. 用管電流的毫安數表示X射線的強度是 因為（ ） A、管電流的毫安數就是打在靶上的電子數 B、管電流的毫安數就是X射線的光子數 C、管電流的毫安數就X射線的輻射強度 D、X射線的輻射強度與管電流成

17、正比。,練 習,（4） X射線管的管電壓一般為（ ）A、幾十伏到幾百伏 B、幾百伏到幾千伏 C、幾萬伏到幾十萬伏 D、幾十萬伏到幾千萬伏（5）X射線的貫穿本領決定于（ ） A、X射線的強度 B、X射線的硬度 C、照射物質時間長短 D、靶材料面積大?。?）極硬X射線的最短波長的范圍為（ ） A、大